ВУЗ:
Составители:
26
Последовательность запол-
нения электронных состояний в
атомах химических элементов объ-
ясняется принципом Паули.
Этот принцип дает объясне-
ние периодичности свойств хими-
ческих элементов в периодической
системе, созданной
Д.И.Менделеевым.
§ 11. Периодическая система элементов Менделеева.
Принцип Паули позволяет объяснить периодическую повторяе-
мость свойств атомов. В 1869 г. Д.И.Менделеев создал периодиче-
скую систему элементов. Он показал, что если элементы расположены
по порядку возрастных атомных весов за некоторым исключением, то
их физические и химические свойства периодически повторяются.
Это сходство распространяется и на их атомные спектры.
По теории
Бора такая периодичность в свойствах элементов
объясняется тем, что электроны в атомах располагаются по опреде-
ленным слоям и оболочкам. Электроны, входящие в состав одного
слоя, имеют одно и то же главное квантовое число. Оказалось, что
каждый период таблицы Менделеева начинается с заполнения элек-
тронами нового слоя. Физико-химические свойства элементов (
ва-
лентность) и оптические свойства определяются числом и расположе-
нием самых внешних валентных электронов.
Проследим построение периодической системы (или заполне-
ние электронами слоев атома), которые подчиняются двум принци-
пам: а) заполнение начинается с наименьшей энергии (наиболее ус-
тойчивое состояние); б) принцип запрета Паули.
Первый элемент в таблице Менделеева – атом водорода Н
, для
него Z = 1. Он имеет один электрон, квантовые числа для которого: n
=1,
l = 0, m
е
= 0, m
s
= +1/2 или –1/2, т. е. электронная конфигурация
атома водорода: 1S
1
.
У следующего элемента гелия Не имеются два электрона, кван-
товые числа: n =1,
l
= 0, m
е
= 0, m
s
= ±1/2, т. е. электронная конфигу-
рация атома гелия: 1S
2
. Слой К с числом электронов N = 2 заполнен
полностью.
2/1
+
=
s
l
=0 m=0
2/1
−
=
s
n=2
2/1+
=
s
m =1
2/1
−
=
s
2/1+
=
s
l
=1 m=0
2/1−
=
s
2/1+
=
s
m= –1
2/1−
=
s
Рис.10.2.
51
Итак, среднее время жизни
τ
радиоактивного ядра есть величи-
на, обратная постоянной радиоактивного распада λ:
λ
τ
1
=
.
Активность радиоактивного элемента определяет число ядер,
распавшихся за единицу времени:
tt
eaeNN
dt
dN
a
λλ
λλ
−−
====
00
.
Единица активности в СИ – беккерель (Бк): 1 Бк – активность
ядра, при которой за 1 с происходит один акт распада.
§ 22. Правила смещения. Альфа- и бета-распады.
Радиоактивный распад происходит в соответствии с законами
сохранения массового числа и электрического заряда. Эти законы по-
зволяют установить «правила смещения», по которым можно опреде-
лить, какой элемент возникает в результате радиоактивного превра-
щения.
α
-Распад. Превращение атомных ядер, сопровождаемых испус-
канием
α
-частиц (ядер атомов гелия
Не
4
2
), называется
α
-распадом.
Если символом
X
A
Z
обозначить материнское ядро, то превращение
этого ядра при
α
-распаде происходит по схеме:
)(
4
2
4
2
hvYHeX
A
Z
A
Z
++→
−
−
, (22.1)
где
Y
A
Z
4
2
−
−
– символ дочернего ядра; )(hv – γ-квант, испускаемый ядром
Y
A
Z
4
2
−
−
, находящимся в возбужденном состоянии. Как видно из (22.1),
α
-распад уменьшает массовое число на 4, а заряд ядра – на 2 элемен-
тарных положительных заряда, то есть происходит перемещение хи-
мического элемента на две клетки влево в периодической системе
элементов Менделеева. Например,
RnHeRa
222
86
4
2
226
88
+→ .
Процесс
α
-распада состоит из двух стадий: образования
α
-
частицы в ядре атома и испускания ее ядром. Устойчивость виртуаль-
ного образования из двух протонов и двух нейтронов есть следствие
насыщения ядерных сил. На образовавшуюся
α
-частицу в ядре дейст-
вуют как ядерные силы притяжения, так и кулоновские силы отталки-
вания. Образовавшаяся
α
-частица подвержена меньшему действию
ядерных сил, но большему действию кулоновских сил, чем отдельные
протоны, входящие в состав
α
-частицы.
26 51
s = +1 / 2
l =0 m=0 Последовательность запол- Итак, среднее время жизни τ радиоактивного ядра есть величи-
s = −1 / 2 нения электронных состояний в 1
атомах химических элементов объ- на, обратная постоянной радиоактивного распада λ: τ = .
n=2 λ
ясняется принципом Паули.
s = +1 / 2 Активность радиоактивного элемента определяет число ядер,
Этот принцип дает объясне-
m =1 s = −1 / 2 распавшихся за единицу времени:
s = +1 / 2 ние периодичности свойств хими-
ческих элементов в периодической dN
l =1 m=0 s = −1 / 2 a= = λ N = λ N 0 e − λ t = a 0 e − λt .
s = +1 / 2 системе, созданной dt
m= –1 s = −1 / 2 Д.И.Менделеевым. Единица активности в СИ – беккерель (Бк): 1 Бк – активность
Рис.10.2. ядра, при которой за 1 с происходит один акт распада.
§ 11. Периодическая система элементов Менделеева. § 22. Правила смещения. Альфа- и бета-распады.
Принцип Паули позволяет объяснить периодическую повторяе- Радиоактивный распад происходит в соответствии с законами
мость свойств атомов. В 1869 г. Д.И.Менделеев создал периодиче- сохранения массового числа и электрического заряда. Эти законы по-
скую систему элементов. Он показал, что если элементы расположены зволяют установить «правила смещения», по которым можно опреде-
по порядку возрастных атомных весов за некоторым исключением, то лить, какой элемент возникает в результате радиоактивного превра-
их физические и химические свойства периодически повторяются. щения.
Это сходство распространяется и на их атомные спектры. α-Распад. Превращение атомных ядер, сопровождаемых испус-
По теории Бора такая периодичность в свойствах элементов канием α-частиц (ядер атомов гелия 24 Не ), называется α-распадом.
объясняется тем, что электроны в атомах располагаются по опреде-
Если символом ZA X обозначить материнское ядро, то превращение
ленным слоям и оболочкам. Электроны, входящие в состав одного
слоя, имеют одно и то же главное квантовое число. Оказалось, что этого ядра при α-распаде происходит по схеме:
Z X → 2 He + Z − 2Y + ( hv ) ,
A 4 A− 4
каждый период таблицы Менделеева начинается с заполнения элек- (22.1)
тронами нового слоя. Физико-химические свойства элементов (ва- где A− 4
Y – символ дочернего ядра; (hv) – γ-квант, испускаемый ядром
Z −2
лентность) и оптические свойства определяются числом и расположе- A− 4
нием самых внешних валентных электронов. Y , находящимся в возбужденном состоянии. Как видно из (22.1),
Z −2
Проследим построение периодической системы (или заполне- α-распад уменьшает массовое число на 4, а заряд ядра – на 2 элемен-
ние электронами слоев атома), которые подчиняются двум принци- тарных положительных заряда, то есть происходит перемещение хи-
пам: а) заполнение начинается с наименьшей энергии (наиболее ус- мического элемента на две клетки влево в периодической системе
тойчивое состояние); б) принцип запрета Паули. элементов Менделеева. Например, 226 4 222
88 Ra → 2 He + 86 Rn .
Первый элемент в таблице Менделеева – атом водорода Н, для
него Z = 1. Он имеет один электрон, квантовые числа для которого: n Процесс α-распада состоит из двух стадий: образования α-
частицы в ядре атома и испускания ее ядром. Устойчивость виртуаль-
=1, l = 0, mе = 0, ms = +1/2 или –1/2, т. е. электронная конфигурация
ного образования из двух протонов и двух нейтронов есть следствие
атома водорода: 1S1.
насыщения ядерных сил. На образовавшуюся α-частицу в ядре дейст-
У следующего элемента гелия Не имеются два электрона, кван-
вуют как ядерные силы притяжения, так и кулоновские силы отталки-
товые числа: n =1, l = 0, mе = 0, ms = ±1/2, т. е. электронная конфигу-
вания. Образовавшаяся α-частица подвержена меньшему действию
рация атома гелия: 1S2. Слой К с числом электронов N = 2 заполнен
ядерных сил, но большему действию кулоновских сил, чем отдельные
полностью.
протоны, входящие в состав α-частицы.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- …
- следующая ›
- последняя »
